Julianne Moore nació en Fayetteville, Carolina del Norte, Estados Unidos.^[4]​ Hija de Peter Moore Smith, coronel del Ejército de los Estados Unidos y juez militar, y de Ann Love Smith, psicóloga y trabajadora social nacida en Escocia y emigrada a Estados Unidos en 1952.^[4]​ Tiene dos hermanos menores, Peter Moore Smith y Valerie. A causa del trabajo de su padre, vivió en su juventud en más de una docena de sitios de Estados Unidos y acudió a más de nueve colegios diferentes. Estuvo durante más de un año y medio en Juneau, Alaska, donde asistió a la escuela entre 1971 y 1972.^[4]​ Estudió en el American Institute de Fráncfort del Meno, Alemania del Oeste en 1979. Posteriormente se licenció en Bellas Artes en la Boston University. En 1983 se trasladó a Nueva York, donde trabajó como camarera hasta que le llegó la oportunidad de convertirse en actriz.^[4]​

Uno de los primeros trabajos de Julianne Moore en el cine fue con el personaje de Marlene Craven en la película La mano que mece la cuna (1992), protagonizada por Rebecca De Mornay y dirigida por Curtis Hanson. Al año siguiente participó en El cuerpo del delito (1993) en la que también aparecían Madonna y Willem Dafoe. Ese mismo año interpretó a la Dra. Anne Eastman en El fugitivo, con Harrison Ford y Tommy Lee Jones. Posteriormente protagonizaría la comedia romántica Nueve meses (1995), con Hugh Grant, y la película de acción Asesinos (1995), junto a Sylvester Stallone y Antonio Banderas, siendo una de las películas peor valoradas de su carrera por la prensa especializada.^[5]​

En 1997 trabajó a las órdenes de Steven Spielberg en Jurassic Park: The Lost World, de la que el crítico James Kendrick dijo: «Jurassic Park: The Lost World es una cinta de acción y aventura tremendamente disfrutable».^[6]​ Actualmente sigue siendo el film más taquillero de su trayectoria en Estados Unidos, con 229 millones de dólares.^[7]​ Ese mismo año protagonizó Boogie Nights, dando vida a la actriz porno Amber Waves, interpretación que le valió una candidatura al Óscar a la mejor actriz de reparto y al Globo de Oro en la misma categoría.^[2]​ Compartió protagonismo con Mark Wahlberg, Don Cheadle y Burt Reynolds. También intervino en The Big Lebowski (1998), de los hermanos Coen, en la que formó parte de un reparto que estaba encabezado por Jeff Bridges y John Goodman, y en A Map of the World (1999) al lado de Sigourney Weaver.

Volvió a cosechar candidaturas en diferentes premios como en los Óscar, en la categoría de mejor actriz, al Globo de Oro a la mejor actriz en drama, al Premio del Sindicato de Actores a la mejor actriz y al BAFTA a la mejor actriz por su interpretación de Sarah Miles en The End of the Affair (1999).^[2]​ En ella compartía cartel con Ralph Fiennes y de la que el crítico cinematografíco Christopher Brandon dijo: «Moore y Fiennes realizan unas apasionadas y sexys interpretaciones».^[9]​ También fue candidata en 1999 al Premio del Sindicato de Actores a la mejor actriz de reparto por Magnolia (1999).^[2]​ Después llegarían Hannibal (2001), al lado de Anthony Hopkins y donde interpretó a Clarice Starling. Le siguió la comedia Evolution (2001) dirigida por Ivan Reitman. En 2002 estrenó Las horas, junto a Meryl Streep y Nicole Kidman, y Far from Heaven, con Dennis Quaid. Fue nuevamente candidata al Óscar por ambas actuaciones, en las categorías de mejor actriz y mejor actriz de reparto, siendo una de las pocas actrices en conseguir una doble nominación en un mismo año.^[4]​ También cosechó candidaturas a los Premios del Sindicato de Actores como mejor actriz y mejor actriz de reparto y a los Globos de Oro como mejor actriz en drama y como mejor actriz de reparto, respectivamente.^[2]​ Jeffrey Overstreet escribió: «La mejor razón para ver la película es observar una de las mejores interpretaciones de Julianne Moore», a raíz de su participación en Far from Heaven.^[10]​

En los años siguientes intervendría en películas como The Forgotten (2004) o Children of Men (2006), con Michael Caine y Clive Owen.^[11]​ También participó en la película de acción Next (2007), donde compartía protagonismo con Nicolas Cage. En 2009 intervino en un personaje secundario en el debut cinematográfico de Tom Ford con A Single Man, protagonizado por Colin Firth, siendo nuevamente candidata al Globo de Oro a la mejor actriz de reparto.^[2]​ En 2010 estrenó The Kids Are All Right, con Annette Bening y Mark Ruffalo, siendo la cinta mejor valorada de carrera profesional.^[5]​ El 2 de noviembre de 2010 recibió el premio Marco Aurelio, en el Festival de Cine de Roma, por su carrera cinematográfica, convirtiéndose así en la actriz más joven en recibir dicho galardón.^[12]​ Formó parte del reparto coral de la comedia romántica Crazy, Stupid, Love (2011), en la que interpretaba a la esposa de Steve Carell.^[13]​

En 2013 participa en la película Italiana 666 espíritus donde encarna a una doctora que intenta investigar el extraño comportamiento de un paciente. El 3 de octubre de 2013 fue galardonada con una Estrella en el Paseo de la Fama de Hollywood.^[14]​

El 22 de febrero de 2015 recibió el Óscar a Mejor actriz por su actuación en Still Alice. En junio de 2021 la actriz estrena La historia de Lisey, una serie basada en una novela de Stephen King, producida y protagonizada por ella, que relata la historia de amor entre un escritor y su viuda y heredera.^[15]​

En julio de 2022 se anunció que asumiría la presidencia del Jurado Internacional de la 79 Mostra de Cine de Venecia convocada para entre 31 de agosto y el 10 de septiembre.^[16]​ En 2023, Moore protagonizó la película de suspenso Sharper (2023) para Apple TV+, que tuvo críticas modestas. Además, una vez más, colaboró con Todd Haynes en May December, un drama coprotagonizado junto a Natalie Portman, en el que interpretó a una mujer casada con un hombre mucho más joven.^[17]​ Moore estuvo encantada de interpretar a un personaje transgresor y la encontró "increíblemente complicado y convincente". Papel que le valió su undécima nominación a los Premios Globo de Oro.^[18]​ Además terminó de rodar el thriller de Apple TV+, Echo Valley.^[19]​

En 2024, se confirmó su participación en la nueva película de Pedro Almodóvar, La habitación de al lado, coprotagonizado junto a Tilda Swinton.^[20]​ Además, protagoniza una nueva miniserie de drama histórico, Mary & George, donde interpreta a Mary Villiers junto a Nicholas Galitzine como George Villiers; esta producción fue estrenada en marzo de 2024 en la plataforma Sky-ShowTime.^[21]​

Moore escribió varios libros infantiles, entre ellos Freckleface Strawberry, publicado en 2007, y Freckleface Strawberry and the Dodgeball Bully, publicado en 2009.^[22]​ En 2025, por decreto del presidente Donald Trump a través del Departamento de Defensa, se prohibieron libros infantiles que abarquen temas relacionados con la equidad y la discriminación, e incluyó Freckleface Strawberry dentro de la lista. Moore compartió la noticia a través de su cuenta de Instagram, declarando que estaba en shock.^[23]​

Ha contraído matrimonio en dos ocasiones. La primera con John Gould Rubin el 3 de mayo de 1986,^[24]​ del que se divorció en agosto de 1995: "Me casé demasiado pronto y realmente no quería estar allí", explicó entonces.^[25]​ La segunda se ocurrió el 23 de agosto de 2003, con Bart Freundlich,^[26]​^[27]​ con quien tuvo dos hijos, Caleb Freundlich (nacido el 4 de diciembre de 1997) y Liv Freundlich (nacida el 11 de abril de 2002).^[4]​^[28]​ Mientras criaba a los niños, Moore habló sobre cómo esto afectó sus elecciones profesionales, diciendo que seleccionó personajes que fuesen prácticos para ella como madre y no requería que estuviera ausente por largos períodos de tiempo.^[29]​^[30]​ Actualmente reside con su familia en la ciudad de Nueva York.^[4]​

Moore ha sido reconocida por la Academia de Artes y Ciencias Cinematográficas por las siguientes actuaciones:

• 70.º Premios Óscar (1998): Nominada a mejor actriz de reparto, por Boogie Nights
• 72.º Premios Óscar (2000): Nominada a mejor actriz, por The End of the Affair
• 75.º Premios Óscar (2003): Nominada a mejor actriz, por Far from Heaven
• 75.º Premios Óscar (2003): Nominada a mejor actriz de reparto, por The Hours
• 87.º Premios Óscar (2015): Ganadora a mejor actriz, por Still Alice ^[57]​

Además Moore, ha ganado dos premios Globo de Oro por sus papeles de Sarah Palin en Game Change y de Alice en Still Alice;^[58]​ dos premios del Sindicato de Actores de sus 11 nominaciones^[59]​^[60]​ y un premio Primetime Emmy por sus papel en televisión en la miniserie: Game Change.^[61]​ Cuenta, a su vez, con un premio BAFTA^[62]​ de sus 5 nominaciones y con un premio AACTA^[63]​ por su papel en Still Alice.

• Moore, Julianne (2007). Freckleface Strawberry. Ilustraciones de LeUyen Pham. New York: Bloomsbury Juvenile US. ISBN 978-1599901077. (requiere registro). 
• Moore, Julianne (2009). Freckleface Strawberry And The Dodgeball Bully. Ilustraciones de LeUyen Pham. New York: Bloomsbury Juvenile US. ISBN 978-1599903163. 
• Moore, Julianne (2011). Freckleface Strawberry Best Friends Forever. Ilustraciones de LeUyen Pham. New York: Bloomsbury Juvenile US. ISBN 978-1599907826. 
• Moore, Julianne (2013). My Mom Is a Foreigner, But Not to Me. Ilustraciones de Meilo So. San Francisco: Chronicle Books. ISBN 978-1452107929. (requiere registro). 
• Moore, Julianne (2015). Freckleface Strawberry: Backpacks! (Step into Reading). Ilustraciones de LeUyen Pham. New York: Random House Books for Young Readers. ISBN 978-0385391948. 
• Moore, Julianne (2015). Freckleface Strawberry: Lunch, or What's That? (Step into Reading). Ilustraciones de LeUyen Pham. New York: Random House Books for Young Readers. ISBN 978-0385391917. 
• Moore, Julianne (2016). Freckleface Strawberry: Loose Tooth! (Step into Reading). Ilustraciones de LeUyen Pham. New York: Random House Books for Young Readers. ISBN 978-0385391979. 
• Moore, Julianne (2016). Freckleface Strawberry and the Really Big Voice. Ilustraciones de LeUyen Pham. New York: Random House Books for Young Readers. ISBN 978-0385392037. 

•   Wikimedia Commons alberga una galería multimedia sobre Julianne Moore.
• Julianne Moore en Internet Movie Database (en inglés).